• Entwicklung & Engineering von POMA Systems
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POMA Systems

Zwischen Wunsch und Wirklichkeit liegen viele verborgene Schritte

Visualisierungstechnik

Maschinenbilder

Die Visualisierungstechnik ist heute ein unverzichtbarer Bestandteil der Automatisierung. Man spricht von Prozessvisualisierung und Bilderzeugung, wenn abstrakte Produktionsabläufe und Maschinendaten in Form von Diagrammen, Kurven und Historien für den Menschen besser erfassbar dargestellt werden. Ein Bild sagt eben mehr als 1000 Parameter.

Unter Bildverarbeitung hingegen versteht man durch Kameratechnik maschinell erzeugte Bilder für die Maschine selbst. Die Aufgabe besteht hier darin, durch optische Rückkopplung Eigenschaften von Werkstücken in hoher Prozessgeschwindigkeit zuverlässig zu erkennen und vollautomatisch Aktionen auszulösen, zum Beispiel fehlerhafte Werkstücke aus dem Produktionsprozess auszuschleusen.

 

1. Prozessvisualisierung

Überwachung, Steuerung, Regelung

Die Prozessvisualisierung wird beispielsweise in der Lackapplikation verwendet, um Lackschaltungen oder den Status einer Lackieranlage zu veranschaulichen. Solche Lackschaltungen entsprechen im Prinzip dem Schema eines elektrischen Schaltplans. Außerdem wird die Prozessvisualisierung an Leitständen, Überwachungsständen oder lokalen Bedienpulten eingesetzt. Abstrakte Prüfdaten und Maschinenparameter lassen sich so in intuitiv erfassbare übersetzen. Solche Visualisierungen laufen in Echtzeit und unterstützen das Operating.

Durchblick statt Datenflut

Visualisierungstechniken unterstützen Operator und Schichtführer in genau zugeschnittenem Informationsumfang. Ziel ist die ergonomische Unterstützung des Menschen mit sinnvollen Informationen, statt ihn mit unnötigen Informationen zu überfüttern. Beispiele: Prozessvisualisierungen zeigen Maschinentrends an und informieren über den Produktionstag.

 

2. Oberflächen - Programmierung

Programmierung der Mensch-Maschine-Schnittstelle

Die Bedienung einer Anlage soll auf den Menschen zugeschnitten sein (und nicht umgekehrt). Ergonomie, Komfort und Fehlertoleranz spielen eine wichtige Rolle. Der Personenkreis wechselt: Experten, Maschinenbediener, Wartungspersonal, Kalibrierpersonal. Unterschiedliche Abstufungen in der Komplexität der Bedienung müssen daher implementiert werden. Oberflächenprogrammierung bewegt sich zwischen den beiden Polen einfach und mächtig: "einfach" durch sichere, sinnvolle und größtmögliche Einschränkung für das Bedienpersonal, "mächtig" durch Freilegung aller Möglichkeiten für den Experten.

Per Touchscreen und Knopfdruck

Je einfacher und komfortabler die Oberfläche eines Programms ist, desto aufwendiger die Middleware. Fehleingaben des Nichtfachmanns müssen durch ein Expertensystem kompensiert werden. Der Anwender darf nicht durch Informationsflut überlastet werden. Der schlimmste Fall tritt ein, wenn ein unbedarfter Anwender mit nacktem Programmcode konfrontiert wird. Es ist sehr viel Produkt-Know-how erforderlich, um leicht handhabbare Systeme mit Touchscreens und Menüs zu entwickeln.

Voller Einblick ins Maschinenhirn

Keine Datenreduzierung für Experten. Nichts verbergen, was die Arbeit des Technikers oder Ingenieurs einschränken könnte. Schnittstellen schaffen, die Handhabungsvielfalt sicherstellen. Anzeigen von Messwerten. Oberflächenprogrammierung für Experten ist vergleichsweise einfach. Es müssen keine aufwendigen Menüs entwickelt werden. Hier kommt es auf Programmfunktionen wie mathematische und statistische Auswertungen an.

 

3. Bildverarbeitung

Möglichkeiten der Näherung ans menschliche Auge

Die Idee ist einleuchtend: Eine Kamera mit einem leistungsstarken Linsensystem müsste die Sehkraft des Menschen locker hinter sich lassen. Doch hinter dem menschlichen Auge waltet ein Reich an Erfahrung. Ist es nur eine Spiegelung, durch Streulicht hervorgerufen, oder doch eine Macke im Werkstück? Hundertprozentiger Ersatz für das Auge der Erkenntnis ist bis auf weiteres jedenfalls nicht in Sicht. Allerdings: Das Auge ermüdet. Maschinen nicht. Maschinen starren stundenlang auf Kanten, Ecken und Oberflächen. Sie erfassen Maße in rasender Geschwindigkeit, wiederholgenau und objektiv. Hierin liegen ihre Stärken.

Zwischen Machbarkeit und Kosten

Der technische und finanzielle Aufwand in der Bildverarbeitung ist indessen hoch. Viele Kameras sind erforderlich. Ein Expertensystem muss die gewonnenen Bildinformationen auswerten. Exakte Simulationen des menschlichen Auges sind heute fast unmöglich. Problematisch sind Spiegeleffekte, also Reflexionen auf Oberflächen. Der Mensch dreht Objekte im Licht, um Spiegelungen auf ihnen als Fata Morgana zu entlarven. Aber in vielen Fällen ist technische Optik dem menschlichen Auge sogar überlegen: zum Beispiel in der automatischen Identifikation durch Iriserkennung. Die elektronische Bildverarbeitung nutzt solche Fähigkeiten in der Mustererkennung, dem Patternmatching. Das A und O ist die Beleuchtung: einen definierten Zustand herstellen durch Dunkelheit, Verhinderung von Fremdlicht und Streulicht, gezielte Beleuchtung, definierte Farbtemperaturen.

Bildverarbeitung in der Automatisierung
  • Erkennen von Oberflächenqualitäten
  • Erfassen von Werkstückdimensionen
  • Objektivität und Wiederholgenauigkeit
  • Geschwindigkeit